1、目 錄第一節 井田概況(4)第二節 壓煤村莊煤柱地質采礦條件(5)第三節 壓煤村莊村下煤柱開采方案提出(8)第四節 壓煤村莊村房屋概況 (10)第五節 國內外采煤現狀與大興礦建下采煤方法選擇 (11)第六節 地表巖移參數的選擇 (18)第七節 條帶開采基本問題.(21)第八節 壓煤村莊村下煤柱開采可行性研究.(25)第九節 地表移動計算分析 (31)第十節 建筑物變形與地表變形關系 (35)第十一節 煤2與煤3條帶開采時煤柱布置方式(38)第十二節 非正常采動影響分析.(39)第十三節 經濟效益分析.(41)第十四節 村莊搬遷方案合理性分析.(45)第十五節 新村址選擇方案.(47)第十六節

2、結束語.(48)前 言大興礦業有限責任公司于2000年1月礦井破土動工，2003年3月礦井首采面2201工作面試生產，礦井含煤面積僅1.8km2，地質儲量1800萬噸。在大興礦業有限責任公司中部有一福興村莊，村下壓煤2與煤3兩層煤，煤層平均厚度分別為2.2m和4.5m，平均埋深580m，壓煤儲量為182萬噸。考慮到礦井開拓部署和接續安排，研究確定大興礦業有限責任公司福興村下壓煤合理開采技術方法，是大興礦業有限責任公司近期經營決策的重大問題，也是不容回避的重大技術問題。大興礦業有限責任公司自2002年試生產以來，為了掌握煤2開采引起的地表沉陷規律，探求村莊下煤柱安全開采措施，開展了2201工作面

3、地表巖移觀測工作。由于地質構造的影響，2201工作面分成了兩個塊段，形成條采面，該面地表巖移觀測數據為大興礦業有限責任公司村下開采設計提供了寶貴數據。設計目標為：在優先考慮節省煤炭資源，提高礦井資源回收率的前提下，并綜合技術和經濟效益等因素，進行多種可行的開采設計方案計算分析，最終提出一種效益明顯、技術上可行、企業可操作、安全可靠的壓煤村莊村下開采方案。大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下煤2平均厚度為2.2m，故單純條帶開采煤2（回收率50）是可行的。而煤3平均厚度為4.5m，在條帶開采煤2后再安全開采煤3（限厚），對資源浪費是非常嚴重的，特別是壓煤村莊村下壓煤占大興礦業有限責任公司可采儲量的1

4、/10，本著節省煤炭資源的設計目標，對“單獨條帶開采煤2”及“煤2與煤3（限厚）聯合條帶開采”與“搬遷后全采”三種開采方案進行了計算分析，并綜合技術和經濟效益等因素，最終提出大興礦優先考慮采用“搬遷后全采”的開采方案，徹底解放壓煤村莊村下182萬噸壓煤儲量。對“搬遷后全采”開采方案，用可靠的隨機介質理論，進行了地表移動與變形值預計，并用surfer軟件繪制了各種移動與變形值圖件，并進行了經濟效益分析，計算表明：壓煤村莊搬遷后村下煤柱全采方案經濟效益十分明顯，可實現利潤是條帶開采煤2的6倍，另搬遷后全采比條帶開采煤2可延長6年礦井服務年限，并進行了新村址選擇與村莊搬遷方案合理性分析。經大興礦業有

5、限責任公司和山東科技大學地科學院的共同工作，依據原煤炭工業部頒布的建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程，完成了壓煤村莊村下壓煤開采煤可行性研究工作。在項目進行過程中，泉興礦業集團公司與大興礦業有限責任公司各級領導給予了大力的支持與幫助，并多次與研究單位商討開采方案，提供了各種研究資料，山東科技大學科研處及地科學院的領導提供了很多的方便，在此表示感謝。 第一節 井田概況一、地理位置與交通條件大興礦業有限責任公司位于棗莊市嶧城區曹莊鄉境內，是韓臺煤田曹莊勘探區的一部分。礦井地處魯、蘇、皖三省交界，西距微山湖約10km，距京滬線韓莊火車站8km，南距韓莊運河0.3km。104、206國

6、道及京福高速公路和京滬高速鐵路從井田內穿境而過，形成了鐵路、公路和水運四通八達的交通運輸網絡。優越的地理位置和交通運輸網的廣布，為礦井基本建設和原煤外運提供了得天獨厚的便利條件。二、地貌水系本區地形較為平坦，地勢南低北高、東低西高，地面標高+33.77 +34.3m，屬沖積平原區。地表水系發育，井田西部最大的的地表水體是微山湖，它直接補給本區南部韓莊運河和北部的勝利渠。韓莊運河經改造后河寬200m，勝利渠為人工挖掘，寬60m；東部有周營大沙河，西部有一支溝。除韓莊運河常年有水外，勝利渠、周營大沙河及一支溝均為季節性河流。歷年最高水位為+35.00m。三、毗鄰礦井概況礦區內現有生產礦井三對，即西

7、南部的張子山煤礦、利國煤礦以及福興煤礦。第二節 壓煤村莊煤柱地質采礦條件一、地層本井田為隱蔽式煤田，含煤地層為石炭、二迭系，煤系地層總體傾向北西，傾角11 38，平均傾角25左右，為一南緩北陡、西緩東陡的緩傾斜傾斜煤系地層。自上而下地層特征如下：第四系：由黃色耕植土，棕黃色砂質粘土、姜結石及底部砂礫或灰色粘土組成，平均厚度13.5m，最大厚度33.3m。其中姜結石局部厚度達7m左右，并有粘土充填其中。該地層總體呈中南部最厚、象四周變薄的分布趨勢。第三系：有鐵銹紅色厚土礫巖、砂泥巖和砂巖組成，呈角度不整合覆蓋于二迭系地層之上。隨煤層深部加厚，由井田中部尖滅，預計在井田以北大面積存在，最大厚度達3

8、00m以上。二迭系：上二迭系石盒子組上段主要由綠灰色粉砂巖、細砂巖、灰白色中砂巖及少量粗砂巖組成；下段多由雜色泥巖、砂巖及柴煤組成，上下兩段最大殘厚約為530m。下二迭山西組有深灰色泥巖、灰白色中細粒砂巖、砂泥巖和煤2、煤3受火成巖侵入影響，局部變成天然焦。石炭系：分上石炭太原組和中石炭本溪組。太原組有灰色泥質巖、細砂巖、中砂巖和石灰巖組成，含薄煤8層，局部可采有14、16、17三煤層；該組厚度為170m。本溪組主要有泥巖、砂巖、粘土巖、層鋁土及石灰巖組成，厚約45m，與下伏奧陶系呈假整合接觸。奧陶系：以石灰巖為主，厚約800m，假整合與寒武系之上。二、煤層大興井田面積為8.14km2，主采區

9、面積僅有1.8 km2。在主采區內煤2、煤3開采深度-350-800m，平均采深-600m，東南部淺處煤層傾角較緩，在19230；北部深處煤層傾角變陡，為27380，井底車場所在處煤層傾角200左右。主采區煤2厚度在.374.78m，平均厚度2.46m，煤3厚度2.876.82m，平均厚度4.57m；煤2、煤3層間距10.4029.82 m，平均層間距15.04m，屬結構簡單和比較穩定的中厚厚煤層。三、結構大興井田為一走向北東，傾向北西的單斜構造，主要構造形式有褶曲、斷層和巖漿巖侵入。褶曲：區內褶曲較為平緩，僅主采區中部的煤層底板略有起伏，次級褶區只在淺部有所展布。斷層：本井田大小斷層共有12

10、條，物探資料解釋斷點27個。其中正斷層11條、逆斷層1條；屬查明斷層3條，基本查明斷層7條，推斷斷層2條。巖漿巖：從井田西南部侵入本區的巖漿巖，通過鉆探和兩次物探，共圈定了三片煤層變焦區或煤焦混合體塊。其中井田西南侵入區控制程度較為嚴密，北部煤2兩個區段相對較差。本井田構造復雜程度為二類二型。四、煤質井田內2、3層煤均為低灰、高發熱量、低硫、特低磷。煤2為煤氣、1/2中粘煤和弱粘煤，煤3為1/3焦煤、1/2中粘煤和弱粘煤。 五、水文地質根據精查地質報告、井筒檢查孔資料和毗鄰礦井生產的實際情況，對礦井正常涌水量和最大涌水量重新進行了計算。開采煤2、煤3有直接影響的主要含水為上覆二迭系三個主要砂巖

11、含水層段；間接影響的主要含水層為下距3煤約40m左右的第五石灰巖含水層和井田東邊界與煤系含水地層對口接觸的巨厚奧陶系石灰巖含水層。六、煤層頂、底板條件煤2：頂板為青灰色或灰白色中細粒砂巖，一般厚10余米，堅固穩定，抗壓強度較大，易于控制，如受到風化，抗壓強度會降低。底板為細砂巖或中砂巖，一般厚度為616m，局部地段有0.5m厚的粘土巖或泥巖偽底。煤3：頂板為煤2底板，底板為黑褐色泥巖或砂巖，厚10m左右。局部有火成巖侵入現象。 第三節 壓煤村莊村下煤柱開采方案提出大興礦業有限責任公司井田中部有壓煤村莊村，約有536戶，村莊面積為54000m2，位于棗莊市嶧城區曹莊鎮正南約2km處。經計算，該村

12、莊煤柱煤2地質儲量為58萬t，煤3地質儲量為124萬t，煤2與煤3累計為182萬t。經2201、2203等工作面開采表明，該塊段煤柱地質構造簡單。礦井由于壓煤村莊煤柱的影響，井下開采布局比較緊張，解放村下壓煤已迫在眉捷。因此，大興礦業有限責任公司論證福興村壓煤開采可行的方案。一、壓煤村莊村下壓煤區域概況壓煤村莊村下壓煤區域東西長440m，南北長430m，壓煤面積為189200m2，煤2上山采深524m，下山采深624m，平均采深574m，煤層傾角落100，村下壓煤2與煤3兩層煤，煤2平均厚2.2m，煤3平均厚4.5m，煤2與煤3層間距離15m。壓煤村莊村下煤柱開采井上下對照如圖（2）所示。二、

13、村莊下采煤論證與方案設計編制的依據和基礎資料1. 建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程(2000年版)2. 煤礦安全規程及煤礦安全規程1992年版執行說明3. 山東省人民政府文件，魯政發(1989)135號,山東省搬遷壓煤建筑物暫行規定4. 山東省人民政府文件，魯政發(1999)24號,關于調整山東省搬遷壓煤建筑物暫行規定中補償標準通知5. 大興礦業有限責任公司地質報告6. 大興礦業有限責任公司采掘工程平面圖及井上下對照圖7. 部分相關的地質剖面圖三、方案設計的指導思想方案設計中，本著少投入多產出的原則，充分考慮到市場經濟條件下煤炭企業的經營特點，依靠科技進步,提高礦井經濟效益，

14、并在確保礦井安全生產的前提下，充分估計到礦井近期和長遠發展的需要，優化采礦方法，合理、經濟、安全、高效地開采村莊壓煤,充分保護礦井資源，保持礦井生產的長期穩定，最大限度地提高礦井的綜合經濟效益。四、壓煤村莊村下條帶開采方案的設計目標壓煤村莊村下開采方案的設計目標為：在優先考慮節省煤炭資源，提高礦井資源回收率的前提下，并綜合技術和經濟效益等因素，進行多種可行的開采方案計算分析，最終提出一種效益明顯、技術上可行、企業可操作、安全可靠的壓煤村莊村下開采方案。五、壓煤村莊村下開采可行性研究根據壓煤村莊村下壓煤的地質采礦條件，重點探討如下開采方案：1、 煤2單獨條帶開采方案；2、 煤2與煤3聯合條帶開采

15、方案與限厚條帶開采方案，3、 地面村莊搬遷開采方案，分析地面村莊搬遷開采方案的可行性。按照上述前提，編制了壓煤村莊村下煤柱開采可行性論證報告。第四節 壓煤村莊村房屋概況壓煤村莊村內的房屋建造年代各異，房屋結構差異較大，有近幾年新建的新房，也有是十幾年前建的舊房，更有幾十年前建成至今仍在使用的破舊房屋。從結構上看，有磚木結構、片石基礎、磚墻瓦頂的；有片石基礎土墻木屋架、瓦頂的；有片石基礎土墻夾磚垛、木屋架瓦頂的。近幾年建造的房屋屋頂多為鋼筋混凝土預制樓板。從抵抗地表變形角度分析，房屋建造結構的不利因素有：（1） 無基礎圈梁，地表的移動與變形很容易傳到房屋的上部。（2） 以沙為主的灰沙漿膠結片石基

16、礎拉伸能力極弱；（3） 房屋的局部（或在中間或在一端）為兩層，荷重不均，在高低交界處產生破壞；（4） 有的房屋前探檐用木柱或磚柱支撐，受地表水平變形作用易發生損壞；（5） 房屋為鋼筋混凝土預制板，當地表變形較大時，搭放部位可能出現縫隙，嚴重時會下落，造成事故；（6） 有的北房山墻之間無空隙，相當于排房，一棟房屋的變形會影響相鄰的房屋。噸從開采引起的5種地表變形分析，對民房有影響的地表移動變形有傾斜、曲率和水平變形三種。因農村房屋平面相對較小，一般3-7之間，故傾斜和曲率的影響不如水平變形的影響大。我國部分礦區村莊下采煤的實踐得出，土筑平房地表臨界拉伸水平變形為=1.0mm/m（房屋前墻為磚墻，

17、山墻為碗籠卵石墻，片石基礎，灰渣屋頂），臨界壓縮水平變形為=2.0mm/m。根據上述數據并考慮到壓煤村莊村多數房屋抵抗地表變形能力較差的特點，取臨界水平變形值為=1mm/m，臨界壓縮水平變形為=2.0mm/m。第五節 國內外采煤現狀與大興礦建下采煤方法選擇一、國內外建下采煤研究現狀國內外進行建成下采煤的很多，其中波蘭的建下采煤技術在世界上處于領先地位。幾十年來，波蘭成功地開采了許多不同類型的建筑物和結構物保護煤柱，采取的主要措施是地面建筑物進行加固，井下采用條帶開采和水砂填充全部回采的方法。一般城市煤柱則使用全陷法開采，且全陷法開采的比例逐漸增大。另外，通過采用協調法開采，臺階狀成組工作面開采

18、，以及由幾個礦的聯合開采等措施，減少了地表變形值。由于每個建筑物煤柱的特殊性，一般在正式開采之前先進行試采，待取得經驗數據后再正式回采。同時，還組織專門的加固維修隊伍，并重視地表和建筑物的變形觀測工作。德國是研究建筑物下采煤歷史悠久的國家，技術水平也在世界居領先地位。一般多數采取采后維修方法，少數采用采前加固方法，地質采礦條件不利時，采取限厚開采或填充開采方法。在一般建筑物下采用人工填充采煤法，在重要建筑物下采用水力填充，填充材料為爐渣或經破壞的矸石，從而大大減少了地表的移動變形值。前蘇聯的建下采煤問題也很嚴重，開展了大量的研究開采工作。采取的措施有：合理布置工作面、協調開采、條帶開采等，一般

19、很少采用填充法開采；采取的地面建筑物保護有：變形縫、鋼拉桿、鋼筋混凝土圈梁、地表緩沖溝等。英國最初在建下采煤時采取的措施是風力填充。由于開采緩傾斜煤層的風力填充效果不理想，地表下沉量達到50%左右，每噸煤成本還增加15%，故未能推廣。以后，英國較多地采用條帶采煤法開采城市、工廠和密集建筑物下煤柱，取得了較好效果，大大減輕了建筑物受采動的損害程度。二、我國建下采煤研究現狀僅據1982年底不完全統計，我國統配煤礦“三下”（建筑物下、水體下、鐵路下）壓煤總量為133.5億t，其中建下壓煤為78.2億多t，占整個壓煤量的61%。建下壓煤又以村莊下壓煤所占的數量最大，為52億t，占全國建下壓煤量的60%

20、，是解決“三下”壓煤量的工作重點。面對嚴重的建下壓煤問題，我國煤炭科技人員進行了大量的觀測研究工作，并且總結出我國開采村莊下壓煤的技術途徑。我國建下采煤情況：我國采煤實驗研究工作始于1954年，開灤唐家礦在勞動工人村下采煤。1962年，本溪礦務局彩屯礦開始在礦區醫院住院部樓下采煤，這座三層的樓房在重復采動影響下遭到嚴重破壞，但經維修和加固后至今仍在使用。1964年1967年，撫順車輛修理廠工業廠房下，采用了密實水沙充填和對廠房基礎采用聯系梁加固等措施，成功完成了采出厚度達20m的特厚煤層的實驗開采工作。60年代以后，峰峰礦務局五礦和鶴壁礦務局六礦對建筑物采取加固措施后進行開采，以及棗莊礦務局對

21、建筑物采用重點加固與一般維修方法開采市鎮建筑物群下壓煤，均取的了較好的成果。1973年1977年，蛟河煤礦應用條帶開采奶子山鎮建筑物下壓煤，也取得了成功。1978年開始，我國首次開展了新建抗變形建筑的研究。建在采空區上的資江煤礦俱樂部，采用了水平滑動層、鋼筋混凝土柱等新的建筑技術措施，采動后建筑物基本上未發生損害，始終正常使用。1983年陽泉礦務局開展了新建抗變形農村住宅的采煤實驗工作。共建了七棟實驗房，其中有六棟房的地表變形雖已達到了可使一般建筑物遭受級破壞的數值，但因進行了加固，這六棟房屋均能安全使用。1984年1985年，龍口礦務局洼里礦在22萬伏高壓輸電線路第21號鐵塔下采取了多循環作

22、業，加快工作面推進速度，工作面范圍內采凈不允許留設煤柱等措施進行回采，達到了確保輸電線路安全運行，減少了煤炭資源的丟失的目的。1986年，微山煤礦在村莊下進行條帶開采，既減少了煤炭資源損失，保證了礦井產量，又達到了保護地表房屋的預期目的。90年代，我國撫順礦務局老虎臺煤礦、新汶礦務局華豐煤礦、兗州礦務局東灘煤礦、棗莊礦務局田陳煤礦、及開灤、大屯煤電公司等礦山先后采用覆巖離層注漿減沉的采煤方法，通過向采空區上覆巖體離層帶注高水材料，達到控制地表下沉的目的，并取得了明顯的減沉及控制地表斑裂的效果。2000年蔣莊煤礦在村莊下進行條帶開采，取得了成功的經驗。2003微山煤礦二號井在礦區石莊村下3上 煤

23、全采條件下，又對該村莊下3下煤進行條帶開采試驗。三、建下采煤技術措施1、 條帶法開采條帶法開采是控制地表移動和變形的最有效的方法之一。該方法實質是將開采煤層按一定的尺寸劃分留設煤柱和開采空間，用留設的煤柱來支撐煤層的上覆巖層，控制地表的移動和變形。開采空間的尺寸以地表不出現波浪下沉盆地、采出率一般不大于60%、留設煤柱以足夠的穩定性為準。這種開采方法首先在蛟河奶子山鎮下壓煤開采實驗成功，之后在全國范圍內廣泛推廣，先后有峰峰、鶴壁、鶴崗、平頂山、棗莊、開灤等幾十個礦務局（礦）采用，取得了很好的效果，推動了村莊下采煤工作的開展。這種方法的缺點的巷道掘進量大、丟煤多，從以往的成功經驗上看，損失的煤炭

24、儲量一般為40%-60%。2、 長壁大面積協調開采這種方法的實質是將一個采區或是被保護的大型建筑群所壓煤柱劃分成幾個工作面，工作面之間按要求錯開一定的距離同時開采，以使每個工作面開采所產生的地面變形產生正負疊加，從而減少了地表變形。此方法曾在峰峰礦物局二礦辛寺莊村下同時七個工作面協調開采實驗成功，同時用條帶法開采了下一煤層。兩種方法同時采用使辛寺莊村民幾百戶民房得以安全使用。該方法克服了條帶法開采損失煤炭大的缺點，但此方法對生產管理、生產能力、通風能力等都有很高的要求。對于面積較小且不受地表水影響的建（構）筑群而言，在充分計算的基礎上，也可以采用對工作面的背向開采，使建（構）筑群只受開采引起的

25、下沉影響而不受開采引起的其它變形的影響。3、 建（構）筑物加固技術 對于大多數礦區而言，在地下煤層尚未開采以前就存在著大量的建（構）筑物，這些建（構）筑物在煤層開采以后勢必會受到地表移動和變形的影響其正常使用，對這類可能產生破壞的建（構）筑物所采取的措施可以是在開采前預加固，如增加頂（底）圈梁、構造柱，鋪設鋼（鐵）絲網噴射混凝土等。4、 抗采動變形建（構）筑物設計為了克服條帶法開采和協調法開采的缺點，適應煤炭工業的發展趨勢，80年代初煤炭科研單位開發并實驗成功了建（構）筑物的抗采動變形技術，并在山西省的陽泉礦務局、河南省的平頂山礦務局、鶴壁礦務局、河北省的峰峰礦務局、邢臺礦務局、開灤礦務局、河

26、南省的資江煤礦、江蘇省的大屯煤電公司、徐州礦務局等使用。這種方法是在煤層采動以前在建（構）筑物上采取一些特殊措施以抵擋由于煤層采動引起的變形而附加在建（構）筑物上的應力，確保建（構）筑物的安全使用。此方法只是在地面采取措施而對井下采煤工藝沒有特殊要求。對于高潛水位礦區，又開發研制成功了抗變形、可遷移、可重組的盒子房技術，滿足了采動區工、農雙方要求。此方法的另一優點在于就地重建不必新占耕地，也克服了村莊搬遷開采無地可搬、重復壓煤等缺點，但抗變形建（構）筑物的投資較常規建（構）筑物投資大，一般需增加30%左右。5、 建筑物調平技術目前，從抗變形建筑物技術水平上看，根據采動引起地表移動變形的性質，通

27、過采取適當的措施，完全可以抵擋采動引起的地表變形、曲率變形以及地表的扭曲變形等等。但是，從建（構）筑物結構本身尚未找到抵抗傾斜變形的良策。而一些建（構）筑物在地下煤層開采結束，地表穩定以后，傾斜變形較嚴重，有些甚至不能正常使用。針對這種情況，又研究了建（構）筑物的傾斜調整技術，具體的技術成果分別為“大傾斜液壓調斜系統”和“置換地基“技術。“大傾斜液壓調斜系統”技術通過位移傳感器和壓力傳感器實現了計算機控制；“置換地基 “技術是將原有地基變為沙質基地，二者的原理正好相反，前者是將建（構）筑物較低一側頂起，而后者是將建筑物較高的一側降低。這兩項技術的工業實驗分別于安徽省淮北礦務局和河南省鶴壁礦務局

28、完成并取得良好的效果。6、 離層帶注漿技術的應用此項技術是近幾年才開發研究的。近幾年的研究發現，地下煤層開采以后，在傳統的冒落帶、裂縫帶和彎曲下沉帶“三帶“中，在裂隙帶和彎曲下沉帶之間，在一定的地層結構條件下，存在著沿地層界面發展的離層帶，離層帶的發展高度距離開采煤層約為0.5-0.7倍的采深，且其發展的充分度和具體位置與開采方法和工作面長度、推進速度、位置緊密相連，經驗表明，在工作面前進方向的后方15-20m處離層發展最為充分。離層較之開采空間比，其空間體積明顯小，大約是開采空間10%-25%左右。但是，研究成果表明，如若能及時將地下煤層開采所產生離層空間充填滿，且其充填鉆孔與裂隙帶不連通，

29、就能很好的控制地表的沉降，降低地表移動和變形。幾個事例表明，其減沉效果隨各方面條件的不同而有所差異，一般能沉降50%-70%左右。但是，離層帶注漿技術并不適用于所有礦區。其原因是，離層帶的產生是有一定條件的，其在煤層上覆巖層中存在硬度明顯不同且有一定厚度的巖層，從結構上說，應上硬下軟。大興礦業有限責任公司在二迭系內有多層硬度較大的中、細砂巖與硬度較軟的粘土巖互層，根據離層發育實驗，煤2開采在其上方巖層存在多個離層層位，具備實施覆巖離層注漿的地質條件。由以上提出的各種建下開采措施，結合壓煤村莊村下煤柱地質采礦條件，因為煤2與煤3上覆巖體有多層厚砂巖、細砂巖等堅硬巖體，具有托板功能。故提出壓煤村莊

30、村下煤柱實施“條帶開采”與“搬遷后全采”的開采方案，并進行可行性論證與經濟效益分析，優化開采方法。第六節 地表巖移參數的選擇大興礦業有限責任公司首采面2201工作面于2003年3月開始回采時，在地表布設了巖移觀測站，由于2201工作面地質構造的影響，2201工作面分成了兩個塊段，但每個塊段開采面積都較小，對地表幾乎無影響。該面無法確定有代表性的大興礦業有限責任公司地表巖移參數。由于2201工作面開采的兩個塊段形成條帶面，該面地表監測數據為本次條帶寬度設計提供了寶貴數據。國家煤炭工業局2000年制定的建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程中規定的棗莊地區地表巖移參數，并結合巖性分析法

31、確定壓煤村莊村下煤柱全部開采的地表巖移參數取為：下沉系數： 水平移動系數： 主要影響角正切： 影響傳播角： （為傾角）拐點偏移距： 當采用條帶法開采時，其各項參數與全采時不同，根據國內外條帶法開采實例、數植計算的結果相似模型實驗得出條帶法開采下沉系數與全采下沉系數比值與采出率有關，下面為五個采出率的下沉系數 采出率30% = 0.01* 采出率40% = 0.04* 采出率50% = 0.12* 采出率55% = 0.18* 采出率58% = 0.20*當采深H075m時，拐點移動按下式計算 S=1.56*bH/a*（0.11H0+30）式中：a條帶煤柱寬帶，m;b條帶采出寬度，m。根據壓煤村

32、莊壓煤塊段的條件，拐點移動距為 S=0.05H*b/a條帶法開采對覆巖的破壞較輕，使得覆巖的巖性相對較堅硬，因此，條帶法開采的主要影響角正切tan比全采時tan要小，同時，隨著采深的增加，條帶法開采的水平移動系數也相對減少，但為了保證地面建筑物的安全，計算中考慮一定的安全系數，條帶法開采的此二項參數仍取全陷法開采的地表移動計算參數，因此該采區的地表移動計算參數取值如表(1)。條帶開采地表移動計算參數取值表(1)采煤方法參 數下沉系數()主要影響角正切tan影響傳播角水平移動系數b拐點移動S全采0.752.2750.350.1H條帶法采出率30%0.00752.2750.350.02H采出率40

33、%0.032.2750.350.03H采出率50%0.092.2750.350.05H采出率55%0.132.2750.350.06H采出率58%0.152.2750.350.07H本次設計的條帶開采方案煤2采出率為50%，按上表下沉系數取0.09，為了確保開采方案的安全性，下沉系數取：，其它參數不變。第七節 條帶開采基本問題 為了達到保護地表建筑物的目的，根據地表極限變形的要求，試采區域內村下煤柱采用條帶開采法，條帶開采是將被開采煤層劃分成比較正規的條帶狀，采一條（采寬），留一條（留寬），使留下的條帶煤柱以支撐上覆巖層的重量，而是地表產生較小的變形。條帶開采的地表移動有變形值與采出率成比例函

34、數關系，采出率越大，下沉變形越大；采出率越小，下沉變形也隨之減小，而且還與留柱寬度有關。條帶法開采首先要保證條帶煤柱的穩定性，即條帶煤柱不能過小，保證煤柱有足夠的安全系數。其次要保證地表不出現波浪下沉盆地，也即采出寬度不易過大。一、 條帶開采類型條帶開采分為走向冒落條帶采煤法和傾向冒落條帶采煤法，走向冒落條帶采煤法，條帶煤柱基本上沿煤層走向留設，工作面沿煤層偽傾向布置，大致沿煤層層推進，可采用后退式采煤法或前進式煤（混合式）采煤法；傾向條帶冒落采煤法，條帶煤柱沿傾向方向留設，工作面沿走向布置，沿傾斜推進。為了維護煤柱的穩定性，大興礦業有限責任公司應采用傾斜條帶開采，由于房屋承受壓縮變形能力強，

35、則盡量將村莊布設在壓縮區內，由于建筑物長軸方向基本上東西方向，井下煤層傾向為西北向，這樣就使井下煤柱開采工作面不是嚴格的傾斜條帶開采，從煤層產狀來看，大體上還是沿傾斜開采。二、條帶開采覆巖及地表沉陷機理采用條帶法開采時，由于開采條帶尺度較小，在采空區上方形成的跨落和斷裂范圍和高度較小，由于有條帶煤柱的隔離和支撐作用，各開采條帶上方的跨落、斷裂帶互不連通，不能形成整體的跨落，斷裂帶，因而采空區上方絕大部分巖體仍處于整體狀態，條帶采空上方巖層的重力轉移到兩側條帶煤柱上方，達到新的應力平衡，條帶煤柱上方的應力相當于原始應力加上開采后的附加應力，因而使得條帶煤柱上方一定范圍內的巖層處于增壓區。原始狀態

36、下的巖層內有節理、裂隙、離層等空隙和弱面，當巖體受到附加的應力作用后可使裂隙減小或閉和。這種減小或閉和就使整體巖層體積減小，表現為壓縮變形。各巖層內節理、裂隙的減小或閉合值增加起來，即各巖層的壓縮變形累加，構成了覆巖的下沉。這種累加效應使得覆巖沉降由下往上逐漸增加，至地表最大。顯然，條帶開采使覆巖沉降機理截然不同于長壁式全陷法覆巖沉陷機理。模型實驗和實地觀測說明，條帶開采式覆巖沉陷主要發生在從煤層底板到煤層頂板上方30m左右的范圍內，在這一范圍內的沉陷值約占地表下沉值的80%，特別是在煤層頂板上方1020m的巖層沉降值最大。在覆巖中一般都存在有相對厚而堅硬的巖層，模型實驗及實踐說明，它在覆巖的

37、移動起控制作用。覆巖中這種起控制作用的厚而堅硬的巖層稱之為托板，條帶煤柱上方被兩側垮落帶所包圍的巖體稱之為巖柱，稱巖柱以上直至托板為承重巖。研究表明，條帶開采時覆巖最大下沉量W由以下五部分組成：自下而上依次為煤柱壓入底板量W，煤柱壓縮量W，巖柱壓縮量W，承重巖層壓縮量W和托板撓度W。即： W=由于托板托住了其上覆巖層和松散層，其上覆巖土層的移動和變形完全受“托板”沉陷控制。這些巖土層隨“托板”的沉陷和變形而產生移動時，沿土層內部既不產生豎向壓縮變形，也不產生豎向拉伸變形，層內無斷裂、無離層。“托板”以上巖土層的變形有以下特征：1、 地表下沉盆地體積等于托板整體沉陷體積和托板撓度變形體積；2、

38、移動變形連續，無體積變形；3、 地表最大下沉量等于托板整體下沉量。因此，條帶開采時托板上方巖土層的運動形式可以用顆粒體隨機介質運動方式來描述，既托板上方的巖體可看成重力型顆粒隨機游動介質，顆粒體在重力作用下，有采前平衡位置向采后的托板與原托板之間形成的“托板采空區”做自序運動，最后達到新的平衡狀態，移動的結果在地表形成如概率積分曲面的下沉盆地。因此，條帶開采地表移動模式由兩部分組成，即托板及其覆巖的豎向壓縮機制和托板上方巖土層的重力型顆粒體隨機介質自序運動機制。三、條帶開采需要說明的幾個問題1、條帶采區個別煤柱寬度不能大于H /4（H采深），大于H /4，將產生波形下沉盆地。2、與全陷落法一樣

39、，條帶復采的下沉率大于出采的下沉率。采出率大，下沉率也大。當其他條件相同時，開采深度越深，下沉率越大，復采的下沉率增大幅度與采深有關。3、采用條帶開采時也有采動程度問題。在既定采深、采出率和采寬條件下，當采區達到一定數值后，地表最大下沉值達到該條件的極限值，此時稱這種開采規模的條帶開采使地面達到充分采動。4、條帶開采圍巖與地表移動受以煤柱為支撐點拱形巖橋控制，下沉量小，故造成條帶開采地表移動活躍期短，穩定快。一般開采工作面結束2-3個月，地表下沉值已達到地表穩定后最大下沉值的95%，此時可以認為地表已基本穩定。5、當條帶采區與老采區相連時，為了防止老采區“活化”及防止老采區積水，不管條帶如何布

40、置（與老采區平行、直交、斜交）都必須留設一定寬度的隔離煤柱。6、條帶開采采區內設計留的煤柱，不能任意亂掘，任何擾動這些煤柱，都將造成已經穩定的巖層失穩，引起地表再下沉，而且這種失穩速度反映是迅速而劇烈的。7、如果設計合理，進行條帶開采時引起的地表移動變形一般不超過建筑物的臨界變形值，但需注意以下情況：（1）、在延伸型建（構）筑物（如水、汽管線及長形建筑物）上將引起變形疊加，盡管地表變形小，但疊加后可能超過臨界變形值，引起建（構）筑物破壞：（2）、條帶開采時地表移動變形值雖小，但仍可引起斷裂、古小窯采空區或地下工程移動“活化”，將引起地表出現劇烈非連續變形，甚至出現大裂縫或局部坍塌坑等，引起地面

41、建筑物破壞。第八節 壓煤村莊村下煤柱開采可行性研究 根據地表極限變形的要求，大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下煤柱可采用條帶開采，為了盡量多的回收煤炭資源，我們對壓煤村莊村下煤柱的條帶開采可行性研究了多個，并進行優化設計比較，壓煤村莊村下煤柱地質采礦條件如表（2）所示。 壓煤村莊村地質采礦條件表（2）上山采深下山采深平均采深傾角厚度東西長(m)南北長(m)煤2524m624m574m1002.2m440m430m煤3539m639m589m1004.5 m440m430m一、開采煤柱留設原則 1、 采寬b：要求采后地表不出現波浪起伏，而是呈現單一平緩下沉盆地。國內外開采實踐及有限元計算表明，采寬

42、按下式取值可滿足要求：H/10bH/4式中：H采深，m具體確定時，應考慮工作面初次來壓步距及周期來壓步距，采寬小時，則b不超過初次來壓步距：采寬大時，b 不超過初次來壓與周期來壓步距之和，以利于頂板管理。壓煤村莊村下煤柱平均采深574m，則采寬的取值范圍為：57b143 2、留寬的確定煤柱易處于比較理想的三向受力狀態時，為了保持煤柱的穩定性，不應在煤柱中開切割眼，故可按長煤柱計算：a=6.56MH*10+b/3-b/(2.6H)式中：a留寬 M采高，取煤2采高2.2m，煤3采高2.2m H采深，取煤2采深574m對于冒落條帶，寬度比較滿足：a/M5核區存在條件為：a0.01MH+8.4采出率為

43、： p=b/(a+b)故留寬要大于10m二、煤柱強度的較核在“三下”壓煤條帶法中，載荷計算均采用僅考慮覆巖自重應力場的面積法。由于大多數條帶法開采中的采出寬度都較小，除直接頂冒落外，老頂一般不冒落，冒落矸石一般不接頂承載。因此，可以認為采出寬度上方的覆巖荷重全部轉嫁到所留設的煤柱的寬度上。此時，條帶煤柱上承受的載荷為： p=a*h/(1-e)=(a+b)h式中：e為采出率，%：為覆巖平均重力密度，h為平均開采深度，a和b分別為留設煤柱寬和采出寬度。在采用較大采寬時，必須考慮空區承載，此時，條帶煤柱承受的載荷為： p=(a+b)* *h-*b/1.2對于一般條件，煤柱強度計算多采用英國 Wils

44、on 公式。它把煤柱在寬度方向劃分成中心承受三向應力，表現為彈性的煤柱核區，核雖然出現了裂隙，但限制核區側向移動的屈服區。核區煤柱強度： =4*h屈服區寬度： =0.00492 mh屈服區和核區間的煤柱強度線性過度，所以，條帶煤柱的承載能力為： C=4*h*(a-0.00492 mh)因此，不同煤柱寬度和不同采出寬度的煤柱安全系數為：k=c/p針對于大興礦業有限責任公司開采開采壓煤村莊煤柱提出了如下幾種方案：1、在單獨煤2（采厚2.2m、采出率為50%）條帶開采方案中，進行22種條帶開采方案煤柱強度和采出寬度的優化計算，條帶煤柱的強度安全系數如表（3）所示。2、在煤2（采厚2.2m、采出率為5

45、0%）與煤3（采厚4.5m、采出率為50%）聯合條帶開采方案中，進行22種條帶開采方案煤柱強度和采出寬度的優化計算，條帶煤柱的強度安全系數如表（4）所示。3、在煤2（采厚2.2m、采出率為50%）與煤3（采厚2.2m、采出率為25%）聯合條帶開采方案中，進行23種條帶開采方案煤柱強度和采出寬度的優化計算，條帶煤柱的強度安全系數如表（5）所示。煤2（采厚2.2m、采出率50%）單獨條帶開采煤柱強度校核表(3)方案采寬（m）留寬（m ）煤柱強度（107）煤柱載荷（107）安全系數150301411201.2250402011351.5350502611501.7460301411351560402

46、011501.3660502611651.6760603211801.8870301411501970402011651.21070502611801.51170603211951.71270703812101.81380301411651.91480402011801.11580502611951.31680603212101.51780703812251.71880804412401.81990905012701.9201001005613001.9211101106213301.9221201206813601.9煤2（采厚2.2m、采出率為50%）與煤3（采厚4.5m、采出率為50%）

47、聯合條帶開采煤柱強度校核表(4)方案采寬（m）留寬（m）煤柱強度（107）煤柱載荷（107）安全系數140401211201250401211350.9350501811501.2455401211430.9555501811581.2655552111651.3760401211500.8860501811651.1960602411801.31065401211580.811655018117311265602411871.31365652711951.41470401211650.715705018118011670602411951.21770703012101.41880803612

48、401.51990904212701.6201001004813001.6211101105413301.6221201206013601.7煤2（采厚2.2m、采出率50%）與煤3（采厚2.2m、采出率25%）聯合條帶開采煤柱強度校核表(5)方案采寬（m）留寬（m）煤柱強度（107）煤柱載荷（107）安全系數140401571201.3250401571351.2350501801501.2455401571431.1555501801581.1655552471651.5760401571501.1860501801651.1960602771801.6106540157158111655

49、02171721.31265603071871.51365651571951.514704021716511570502771801.21670603371951.41770703972101.61880804572401.71990905172701.7201001005773001.7211101106373301.8221201206973601.8231301303901.8通過煤柱強度安全校核知，單獨條帶開采煤2（采厚2.2m、采寬60 m、留寬60 m、采出率為50%）的方案，地表民房是級變形，不需給村莊經濟賠償，但對資源浪費是非常嚴重的。在煤2（采厚2.2m、采寬60 m、留寬6

50、0 m、采出率50%）與煤3（采厚2.2m、采寬60 m、留寬60 m、采出率25%）聯合條帶開采中，個別建造年代早、質量差的建筑物達到級變形，需給村莊經濟賠償。為了節省煤炭資源，提出大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下煤柱開采方案為：“搬遷后全采”的開采方案。第九節 地表移動計算分析目前，地表移動與變形預計的最好是概率積分法，這種方法在地表移動與預計中得到了較為廣泛的應用，本報告亦采用此方法進行地表移動與變形預計。一、概率積分法地表移動變形公式（1）地表任意點的下沉 其中： 式中：m：煤層厚度（m）； ：下沉系數； :煤層傾角（度）； I:沿煤層走向計算開采寬度（m）；L: 沿煤層傾向計算開采寬

51、度（m）；; r：煤層走向方向主要影響半徑： H：平均采深度（m）；:主要影響角正切；:煤層上山方向主要影響半徑（m）；: 煤層下山方向主要影響半徑（m）；（2）任意點、任意方向的水平變形 式中：、分別為待求點沿及+90方向的水平變形 x、y分別為待求點沿工作面走向在主剖面投影點處迭加后的水平變形 。二、地表移動的GIS預計軟件的說明采用上述概述積分法理論，運用GIS軟件mapinfo與vb語言混合編寫了“地表移動概率積分法預測”軟件，軟件的主要操作步驟如下：1、 新建工作面：打開菜單項“工作面管理”，輸入工作面信息項目，以及工作面角點信息。2、 選擇參與預計的工作面，打開菜單項“預計計算”，

52、選中相應的選項。點擊“ok”,會依次出現計算子程序界面和進行格網預計時預計參數對話框。 3、繪制等值線：打開菜單項“數據可視化”，首先進行“數據格網化”，然后再繪制各種等值線圖。 三、地表移動與變形的計算分析采用第六節提出的地表巖移參數，及基于GIS的“地表移動概率積分法預測”軟件，對壓煤村莊村下煤柱條帶開采及全采引起的地表移動和變形進行了預測，各種情況地表移動與變形的最大值如表(6)所示。地表的移動與變形最大值表(6)開采方案下沉(mm)水平移動(mm)水平變形(mm/m)傾 斜(mm/m)曲 率(10-3/m)單獨條帶開采煤2（采厚2.2m，采60m，留60m）20884，-67052，-

53、0.520.98，-1.10.008，-0.008煤2(采厚2.2m，采寬60m、留寬60m)與煤3(限采厚2 .2m，采寬60m、留寬60m)聯合冒落條帶開采方案。425162，-13611，-1.01.52，-1.540.011，-0.012壓煤村莊煤柱全采40211811,-182310.3,-9.812.3, 14.60.05,-0.16在以上三種方案中，如果壓煤村莊村下僅條帶開采煤2，地表建筑物是安全的，但資源浪費嚴重，這是企業所不能接受的；如果煤2與煤3（限厚）聯合條帶開采，由于條帶開采厚度較大，會引起村內質量差的房子達到級變形，企業也要正面對待采動損害問題，并給村莊經濟賠償。既然

54、如此，就不如采用方案三，搬遷后全采，這一方案從節省資源、經濟效益及技術等方面都是合理的，再說壓煤村莊村僅536戶，搬遷費用和難度相對較小。故本設計提出壓煤村莊村下壓煤采用搬遷后全采的技術方案。對照國家煤炭工業局制定的建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程(2000年版) 總則中第四條規定：第四條 建（構）筑物、水體、鐵路及主要井巷所壓煤炭資源應遵循煤炭資源優化利用原則，受護對象安全原則，保護生態環境原則和企業經濟與社會效益原則，凡技術上可行、經濟上合理，丟棄后帶來永不可采或其他嚴重后果的，必須進行開采；技術條件可能，但尚無成熟經驗的應積極進行試采；在目前技術條件下難以開采，但采用搬

55、遷、就地重建、就地維修、改道（河流）和疏干或改造（地下含水層）等特殊措施，在經濟上合理時，可進行開采。否則應當留設保護煤柱或經有資格的技術咨詢部門評估和主管部門批準放寬回采率要求，采出部分煤量。由此可見，本設計提出的“搬遷村莊后全采方案”，是符合國家煤炭工業局制定的建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程要求的。單獨條帶開采煤2（采厚2.2m、采寬60 m、留寬60 m、采出率為50%）、煤2（采厚2.2m、采出率為50%）與煤3（采厚2.2m、采出率為25%）聯合條帶開采與搬遷村莊后全采方案地表移動與變形預計值如附圖所示。第十節 建筑物變形與地表變形關系一、建筑物變形與地表變形關系

56、 建筑物的變形是由于地表變形傳遞給基礎而引起的。在采動過程中地表產生了各種變形（下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形），建筑物亦受這些變形的影響。由于建筑物產生了不一致性。建筑物的變形與地表變形的關系，是與建筑物基礎的材料、長度、寬度、深度荷載以及地基性質、建筑物平面形狀、上部結構的剛度等有關，根據建筑物下采煤經驗的實測資料，磚墻與承重建筑物的變形與地表變形關系如下：1、下沉關系建筑物的基礎下沉W與地表下沉W基本一致，可用下式表示：W=0.96W2、傾斜關系建筑物基礎I與地表基本I一致，即 I=1.01I3、變形關系地表水平變形的變化是零-最大拉伸-零-最大壓縮-零的過程，地表水平變形對房屋基

57、礎產生摩擦力和側壓力，從而使基礎產生拉伸或壓縮，由采動后基礎和地基觀測的水平變形值知：對于無加固防護措施、具有毛石條形基礎的建筑物而言，其基礎和地基間拉伸水平變形的差異不大；但是，壓縮水平變形值的差異卻很大。在壓縮水平變形條件下，房屋基礎的壓縮水平變形值要比相應處地基土壤的值小的多。因此，在拉伸和壓縮兩種不同條件下，有多組數據分析擬合得如下數據關系式： 拉伸： 壓縮：二、評定建筑物破壞標準地表變形使建筑物的基礎及其結構產生附加應力，從而使建筑物遭受到某種程度的損害。評定建筑物采動后遭受損害的程度和危險情況，應以建筑物使用安全和結構破壞為依據。對于同一對建筑物來說，由于考慮的出發點不同，所以衡量

58、其危險程度的標準是有區別的。例如，一個托兒所或醫院在受采動后，墻上出現了小裂縫和抹灰的脫落，這種狀態可能影響了房屋繼續使用，但建筑物的結構穩定性卻不一定受到破壞。而對一個堆放材料和機械設備的倉庫在受到如上采動影響時，即使再嚴重一些也不一定影響使用，所以建筑物的危害程度視其危害程度而定。建筑物結構在開采影響下是否遭受破壞，取決于建筑物受開采引起的附加應力和變形的能力。顯然，要從數值上確定這種危險變形是非常困難的，由于各地區的建筑物結構和所使用的材料多種多樣，施工工藝和房屋用途也不相同，故目前解決這個問題也只能是近似的。當前國內外評定建筑物采動后損害程度所采用的標準是不一致的，一般以地表變形值：傾

59、斜、曲率（或曲率半徑）、水平變形（拉伸或壓縮）為標準，棗莊礦區根據38棟毛石帶形基礎、墻磚、木屋架、平瓦房屋面的平房，受地表變形影響的破壞程度及其對應地表點變形觀測分析，將房屋破壞程度分為四級，并求出了各級破壞時的地表變形值，如表（7）所示。 棗莊礦區建筑物破壞與地表變形關系表（7）破壞程度建筑物破壞情況地表變形值修繕程度傾斜(mm/m)曲率(10-3/m)水平變形(mm/m)I墻身出現少量的不超過4mm寬的裂縫。3.00.22.0不修II墻身出現410mm寬的裂縫,門窗歪斜，墻皮脫落，梁支撐處稍有異樣。380.20.524小修III墻身出現1040mm寬的裂縫,門窗變形嚴重，墻身傾斜，梁頭有

60、抽動現象，室內地板開裂或鼓起。8140.51.046中修IV墻身裂縫寬達到20mm以上，墻上有水平裂縫，甚至錯動，墻身嚴重傾斜并外鼓或內凹，梁頭抽動較大，屋頂鼓起，墻身局部擠壞。141.06大修第十一節 煤2與煤3條帶開采時煤柱布置方式壓煤村莊村下煤柱由煤2與煤3兩層組成，兩者間距在15mm左右。如在煤2條帶開采后,繼續研究對煤3實施條帶開采問題，這屬于重復條帶開采問題。現說明重復條帶開采的技術關鍵：由于條帶開采是以留設條帶煤柱的方式來支承采空上覆巖層，因此條帶支承煤柱的穩定性直接影響到地表沉陷的控制效果。在重復條采的情況下，上層條帶煤柱所承受的載荷通過兩層煤之間的巖層傳遞到下層條帶煤柱之上。

61、由彈塑性力學理論知道，應力傳遞過程中應力的集中性與方向性改變受到傳遞路徑即應力傳導介質的強度（剛度）與幾何尺度的影響。在重復條采時，兩層條帶煤柱之間應力傳遞的介質是區段巖層，傳遞距離是兩層之間的區段巖層的厚度，亦即兩層的層間距。顯然，只有當上下兩層條帶煤柱以中心線對齊時，才能有效地保證煤柱載荷的順利傳遞，才能有利于煤柱的穩定性。重復條采時煤柱有下列三種布置方式：（1） 完全對齊：煤柱載荷最有效傳遞；（2） 部分對齊：上層條帶煤柱的載荷只有一部分傳遞到下層條帶煤柱上，另一部分則由下層條帶采空區上方懸露巖層承擔；（3） 完全不對齊：上層條帶煤柱的載荷幾乎完全由下層采空區上方懸露巖層承擔。在后兩種情

62、況下，由于采空區上方懸露巖層要承受上層條帶煤柱傳遞下來的大量載荷，懸露巖層很容易因此而破壞、失穩、跨落，這還與采深、兩層煤間距、區段巖層的巖性有關。一旦兩層煤之間的懸露巖層失穩、跨落，必然導致上層條帶煤柱位于下層采空區上的部分因失去承托而潰屈，導致上層條帶采空區冒落、斷裂趨勢傳遞到上層條帶采空區，并引起上層條帶采空區活化，從而增大地表沉陷。因而，在重復條帶開采時，尤其是近距離煤層群（一般為H/T15，H為層間距，T為下層煤采高）條帶開采時，為有效地控制地表沉陷，減少地表下沉，必須限制下層條帶采寬，避免兩層煤層采空連通而產生活化；必須確保上層條帶煤柱有足夠的穩定性。故壓煤村莊村下煤柱采用煤2與煤

63、3兩層煤重復條帶開采時，煤柱布置方式為：使煤2采寬與煤3采寬一致，開采布置時使煤2與煤3的煤柱對齊。第十二節 非正常采動影響分析即使條帶開采設計合理，回采工作面也按設計要求進行，地面偶爾也會出現一些意想不到的變形和破壞。地表這種意外的沉陷和變形，難以用正常采動條件下地表移動和變形規律來解釋。這種情形的出現，并不是條帶開采本身有什么問題，而是一些人們事前不知道的地質采礦原因引起，如不明斷層、不明坑道、回填溝，古窯井等，這些不明地下因素對地表及建筑設施造成的影響都屬于非正常采動影響。此外，當地下有延伸性管道或者由于特殊地質采礦條件約束造成重復條采時上下煤柱不對齊，也會使得開采影響發生異常變化，現說

64、明如下。一、斷層影響分析斷層對地表移動規律的影響特征，它表現為斷層露頭處地表變形集中，出現大裂縫和臺階狀裂縫，位于此處的建筑物將遭到破壞。實踐證明，在條采條件下，如果斷層帶位于采動區內，盡管留有煤柱，在斷層露頭處也同樣會出現變形集中，出現大裂縫和臺階狀裂縫。由此而說明，在條帶開采情況下，由于斷層的存在也將使地地表變形值數倍地增加，變形集中出現在斷層露頭處，使記建筑物遭到較嚴重破壞。因此，在一般情況下，條帶開采方法，可以保護地面建筑物免受破壞，但遇到有斷層存在時，仍無法避免在斷層露頭處出現變形集中，引起建筑物產生破壞。二、礦區古小窯開采影響分析礦區古小窯開采，現在正規的井下工作面布置難以發現。這

65、就造成下部工作面開采后有可能引起古小窯老空區的活化。只是由于古小窯的開采范圍有限，所以表現在地表只是局部出現塌陷，塌陷區附近地表變形異常增大等。三、回填溝影響分析回填溝內的回填物除一些雜土外，其余大部分為碎磚頭，灰渣等垃圾物，土質松軟且下部為稀泥狀，并有積水存在。工作面的開采，引起了該回填溝的活化，增大了地表的下沉量。四、水管和廢水溝影響分析水管和廢水溝在地表變形作用下發生了漏水現象使溝內松軟的回填物產生了沉縮，導致回填溝地表局部下沉加大，在這一下沉帶內地表移動變形劇增，引起位于此帶上的建筑物產生較嚴重破壞。五、相鄰的老采區影響分析如條帶煤柱沒有避開相鄰的老采區，新老采區之間沒留隔離煤柱，開采

66、后易引起活化。所以在新老采區連接處必須留設一定的尺寸的隔離煤柱，使之能隔開新老采區的相互影響。留隔離煤柱尺寸過小，也會引起全采老空區的活化。第十三節 經濟效益分析 大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下開采，按全采與條帶開采進行經濟效益分析：一、搬遷全采方案經濟效益分析1、大興煤礦村莊下有2、3煤兩層煤，壓煤東西長440米，南北寬330米，兩層煤累計儲量為182萬噸。該塊段煤占礦井總儲量的1/10，煤質好，地質構造簡單。2、村莊壓煤采用搬遷后全采的方案，若每噸售價按600元計算，可實現產值10.9億元，企業利潤若按每噸400元計算，可獲利7.28億元，經濟效益十分明顯。3、采用搬遷開采方案與條帶式開

67、采方案比較，企業獲利是條帶式開采的6倍，可延長礦井服務年限5年。4、村莊壓煤搬遷每戶補償項目主要有以下幾個方面總計費用10122萬元。房屋造價：536戶，每戶6萬元，共計3216萬元。附著物補償：按房屋造價的15%補償，共計482萬元。公益設施：按房屋造價的20%補償，共計643萬元。征地費用：536戶，每戶0.6畝，共計3538萬元。搬遷修路費用：村中心南北東西各設一條主街，每3到4戶為一組，南北東西都有小胡同與每組住戶相連，按照村鎮建設規劃，共計2000多萬元。回填土石方：按2元/m2計算，共計43萬元。其它：學校、村委會等200萬元。除去搬遷費，企業可獲利為6.27億元以上。二、單獨條帶

68、開采煤2經濟效益分析單獨條帶開采煤2，按50%回收率，可采出煤量29 萬t，企業利潤按每噸400元計算，可獲利為1.16億元。三、 搬遷全采方案利弊搬遷村莊開采，關鍵取決于采出煤量獲得利潤與搬遷村莊費用的比較。如果采出煤量利稅非常明顯，搬遷費用占很少噸煤成本。采用遷村采煤的辦法無疑是一項徹底解決“建下”壓煤最優的方案，利于開采布置與生產效率發揮的好措施。由上述經濟效益分析可見：壓煤村莊壓煤塊段搬遷全采方案經濟效益是十分明顯的，搬遷后全采的經濟效益是煤2條帶開采的6倍，另搬遷后全采比煤2條帶開采可延長6年礦井服務年限，從這個意義上來看：大興礦業有限責任公司采用搬遷后全采的開采方案比較合算。但搬遷

69、村莊開采也存在以下弊病：（1）分布百里礦區，選個不再壓煤的村址相當困難； （2）占用土地，消耗物料，耽誤工時，加之物價因素，耗資甚巨。特別是壓煤量小，搬遷任務大的村莊更不宜遷址采煤； （3）工農關系難處理，因而搬遷時間長。（4）由于煤礦生產經費緊缺，遷村采煤很難實現。四、村莊下采煤的房屋補償費用按山東省人民政府魯政發（1999）24號文件精神，第一條和第五條的主要內容如下：第一條：搬遷壓煤村莊，依據登記造冊的房屋建筑面積，由煤礦按下列標準支付補償費：1、樓房：每m2補償300元。2、磚混結構：承重的主要結構是磚石砌體的墻，鋼筋混凝土預制樓板或鋼筋混凝土澆制平屋頂，每m2補償250元。3、磚木結

70、構：承重的主要結構是用石或磚建造的墻，木結構斜坡草或瓦屋頂，每m2補償200元。4、土木結構：承重的主要結構是石或石為基礎，土坯墻，木結構斜坡草或瓦屋頂，每m2補償150元。5、簡易結構：承重的主要結構是用干插石、磚砌墻或壘土墻，木結構斜坡草或瓦屋頂，每m2補償20元。6、樓房或磚混結構房屋的墻體有鋼筋混凝土圈梁的，每m2增加補償10元。7、搬遷戶宅基地上所有附屬物按不超過每戶房屋補償費的15%給予補償8、搬遷新村內外的水、電、道路、廣播、有線電視通訊等公用設施的建設費，按村內房屋搬遷補償費的20%給予補償第五條：因采煤造成非搬遷單位和個人建筑物斑裂或損壞的，煤礦應根據房屋損壞程度及房屋結構、

71、質量，按下列規定及標準補償其維修費和拆建費：1、小修：房屋墻壁上出現2-15mm的裂縫，門窗略有歪斜，墻皮局部脫落，梁支撐處稍有異樣的，按斑裂發生房間的建筑面積給予補償。2、中修：房屋墻壁上出現16-30mm的裂縫，門窗嚴重傾斜，梁頭有抽動現象和室內地坪出現開裂或突起的，按斑裂發生的房屋建筑面積給予補償。3、大修：房屋上出現31-35mm的裂縫，墻身錯動、傾斜、梁頭抽動和房頂變形的，按斑裂發生相連房間在內的建筑面積給予補償。4、原地重建：房屋墻壁上出現36mm以上的裂縫，房屋結構嚴重損壞且無法維修，按斑裂發生的該幢房的建筑面積給予補償。建筑物受采動損壞補償標準見表（8）。建筑物受采動損壞補償標

72、準表（8） （元/m2）結 構建 筑 物 損 壞 程 度小 修中 修大 修原地重建樓 房5080130250磚 混4060100200磚 木305080180土 木204060120經調查，壓煤村莊開采影響范圍內的民房類型主體為磚木結構房屋，即承重的主要建筑物是用石或磚建造的墻，木結構斜坡瓦屋頂，以及部分土木結構（承重的主要結構是磚石為基礎，土坯墻，木結構斜坡草或瓦屋頂）。顧在統計計算時，可統一按磚木結構標準進行。總之，經過兩種方案比較，采取村莊搬遷方案為佳。因此，解決壓煤村莊村的村莊搬遷問題，是大興礦業有限責任公司乃至集團可持續發展的要求，這是關系整個集團發展的大事。因此，村莊搬遷迫在眉睫，

73、應立即進行。第十四節 村莊搬遷方案合理性分析一、搬遷村莊綜合費用估算根據調研的情況，村莊壓煤搬遷每戶的補償項目有以下幾個方面：根據魯政199924號文核定的房屋造價，房屋造價15的附著物補償；房屋造價20的公益設施補償；公用交通費用，目前物價指數；學校及村委會的集體房產按民房補償；征地費用。村莊搬遷費用主要由新村征地費、居民居住搬遷費、搬遷修路費、回填土方費等構成。新村占地按原村戶數，每戶0.6畝計算，考慮道路占地約需征地429畝.。征地費用大約在11萬元，每個搬遷戶預計平均每個搬遷戶補償18.8萬元（含征地費用），則搬遷536戶大興礦業有限責任公司需投資約為10122萬元。二、舊村址地綜合治

74、理評估村莊搬遷后舊村址土地可進行綜合治理，不適用種植農作物，可種植林木或者改建為水溏，用于水產品養殖，或者改建用于畜牧業養殖。三、新村建設與村鎮規劃經調查，目前，曹莊鎮新村規劃一般戶均不超過0.6畝，村中心南北、東西各設一條主街，每三戶四戶一組，南北東西都有小胡同與每組住戶相連。該村莊搬遷后新村建設符合棗莊市嶧城區村鎮建設規劃，有利于新村民眾的生活和經濟發展。四、村莊壓煤搬遷資金籌備由公司統籌，按礦井產煤量，泉興礦業集團公司村莊搬遷費用目前按噸煤10元標準統一提取后納入集團專門帳戶，保證資金及時到位。根據集團所屬煤礦當地村莊的實際搬遷情況，由集團財務處按照搬遷補償協議撥付相應資金。第十五節 新

75、村址選擇方案一、新村位置的初步確定大興礦業有限責任公司井田內壓煤村莊村搬遷后，在本井田范圍內無法找到放置這個村莊后完全不再重新占壓可采儲量的地方，新村選址應采取集中建設，總體設計新村布置格局及生活設施，減少搬遷后的新村占地面積等方面出發，同時考慮不搞重復搬遷，并距原村莊的耕地較近，生產勞動距離短，生活交通便利。為此，新村地址選擇在大興礦業有限責任公司井田外的位置較理想。經實地勘察認為壓煤村莊村搬遷到大興礦業有限責任公司井田外曹莊鎮東無煤區比較合理，即壓煤村莊村向東北遷移3km的位置作為新村址，占地面積約429畝。二、新村址周邊地理環境新村址交通方便、地理位置優越，便于地方政府集中規劃農村城鎮建

76、設和發展農村經濟。三、新村壓煤有關可采價值及壓占耕地情況新村地址位于井田外，存在占壓耕地問題，但不存在重新占壓礦井可采儲量的問題。 四、解決遠距離搬遷后群眾生產生活的措施新村址與原村址距離在3公里以內，隨著交通的發展，村莊搬遷后對居民生活影響不大。第十六節 結束語以上是大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下壓煤開采可行性研究報告，確定了壓煤村莊村下壓煤采用“搬遷后全采”開采方案，通過壓煤村莊村下煤柱開采方案的研究，得到如下認識：1、大興礦業有限責任公司壓煤村莊村下有煤2和煤3兩層煤，壓煤東西長440m，南北寬430m，兩層煤累計地質儲量182萬t，而大興礦業有限責任公司總地質儲量1800萬t，該塊段

77、煤占總儲量的1/10，且該塊段煤質好，地質構造簡單。因此，盡可能多回收煤量是本次設計的努力方向。2、壓煤村莊村下壓煤區域煤2平均埋深574m，煤2與煤3間距15m左右，煤2上覆巖體有多層硬度較大的中細砂巖及第三系20m左右的礫巖，這為我們進行條帶開采設計奠定了地質條件基礎。3、通過條帶開采煤柱強度計算，概率積分法預計分析，表明壓煤村莊村下煤2（采厚2.2m，采寬60m，留寬60m）條帶開采方案，采出率為50%，地表建筑物處于級變形內，但資源浪費嚴重。4、經濟效益分析表明，壓煤村莊村下壓煤采用搬遷后全采的方案，經濟效益十分明顯，企業獲利是條采的6倍，可延長6年礦井服務年限。5、壓煤村莊煤2條帶開

78、采后，如再條帶開采煤3，在開采布置上，必須使煤2與煤3煤柱對齊。避免煤3上方的煤2煤柱因煤3的條帶開采引起的活化和潰屈,還需進一步研究。研究表明：一般條件下條帶煤柱不對齊較對齊地表下沉系數增大0.1左右。近距煤層重復條采時，充分利用煤間巖體結構對控制地表移動和確保條帶煤柱煤定性所起的重要作用。6、本次壓煤村莊村下壓煤開采可行性研究思路是：在優先考慮節省煤炭資源，提高礦井資源回收率的前提下，并綜合技術和經濟效益等因素，進行多種可行的開采方案計算分析，最終提出一種效益明顯、技術上可行、企業可操作、安全可靠的壓煤村莊村下開采方案。經過多種開采方案比較，認為采取村莊搬遷方案為佳，并進行了新村址選擇與村莊搬遷方案合理性分析論證。7、本設計方案在上級主管部門批準后，方能實施。并嚴格執行本設計提出的開采方案與開采技術措施。- 48 -